Ременная передача

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Общие сведения

2. Классификация передач

3. Конструкция и материалы ремней

4. Основные геометрические соотношения

5. Взаимодействие ремня со шкивами, критерии расчета ременных передач

6. Кинематика ременных передач

7. Силы и напряжения в ремне

8. Силы, действующие на валы передачи

9. Расчет ременной передачи по тяговой способности, КПД передачи

10. Расчет долговечности ремня

11. Расчет плоскоременных передач

12. Расчет клиновых и поликлиновых передач

13. Зубчато-ременная передача

Список использованной литературы

1. Общие сведения

Ременная передача -- это передача механической энергии при помощи гибкого элемента (ремня) за счёт сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни). Проще говоря, это передача гибкой связью.

Ременная передача (рис. 1) состоит из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и надетого на них ремня 3. В состав передачи могут также входить натяжные устройства и ограждения. Возможно применение нескольких ремней и нескольких ведомых шкивов. Основное назначение -- передача механической энергии от двигателя передаточным и исполнительным механизмам, как правило, с понижением частоты вращения.

ременной передача зацепление

Рис. 1. Схема ременной передачи

2. Классификация передач

По принципу работы различаются передачи трением (большинство передач) и зацеплением (зубчато-ременные). Передачи зубчатыми ремнями по своим свойствам существенно отличаются от передач трением (рассматриваются особо в пункте 3).

Ремни передач трением по форме поперечного сечения подразделяют на плоские, клиновые, поликлиновые, круглые, квадратные.

Условием работы ременных передач трением является наличие натяжения ремня, которое можно осуществить следующими способами:

1) предварительным упругим растяжением ремня;

2) перемещением одного из шкивов относительно другого;

3) натяжным роликом;

4) автоматическим устройством, обеспечивающим регулирование натяжения в зависимости от передаваемой нагрузки.

При первом способе натяжение назначается по наибольшей нагрузке с запасом на вытяжку ремня, при втором и третьем способах запас на вытяжку выбирают меньше, при четвертом -- натяжение изменяется автоматически в зависимости от нагрузки, что обеспечивает наилучшие условия для работы ремня.

Клиновые, поликлиновые, зубчатые и быстроходные плоские изготовляют бесконечными замкнутыми. Плоские ремни преимущественно выпускают конечными в виде длинных лент. Концы таких ремней склеивают, сшивают или соединяют металлическими скобами. Места соединения ремней вызывают динамические нагрузки, что ограничивает скорость ремня. Разрушение этих ремней происходит, как правило, по месту соединения.

Достоинства ременных передач трением:

1) возможность передачи движения на значительные расстояния;

2) возможность работы с высокими скоростями;

3) плавность и малошумность работы;

4) предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки и ударов;

5) защита от перегрузки в результате проскальзывания ремня по шкиву;

6) простота конструкции, отсутствие необходимости смазочной системы;

7) малая стоимость.

Недостатки:

1) значительные габаритные размеры;

2) значительные силы, действующие на валы и опоры;

3) непостоянство передаточного отношения;

4) малый срок службы ремней в быстроходных передачах;

5) необходимость защиты ремня от попадания масла.

Основные характеристики:

Мощность: 0,3…50 кВт, свыше 300 кВт редко -- большие габариты;

Скорость: 5…30 м/с, до 80…100 м/с -- новые материалы и более совершенные конструкции;

Передаточные отношения: перед. отнош. 4…5, перед. отнош. до 10 (клиноременные, плоскоременные с натяжным роликом);

Межосевое расстояние: угол обхвата на малом шкиве не меньше 150°, оптимальное a=2(d1+d2),

в клиноременных amin=0,55(d1+d2)+h, где d1 и d2 -- диаметры малого и большого шкивов соответственно; h -- высота сечения ремня.

3. Конструкция и материалы ремней

Ремни должны обладать высокой прочностью при переменных напряжениях, износостойкостью, максимальным коэффициентом трения на рабочих поверхностях, минимальной изгибной жесткостью.

Конструкцию ремней отличает наличие высокопрочного несущего слоя, расположенного вблизи нейтральной линии сечения. Повышенный коэффициент трения обеспечивается пропиткой ремня или применением обкладок.

Рис. 2. Сечения ремней

Плоские ремни (рис.2,а). Отличаются большой гибкостью из-за малого отношения толщины ремня к его ширине. Наиболее перспективны ремни, изготовленные из синтетических материалов, ввиду их высокой прочности и долговечности. Несущий слой этих ремней выполняется из капроновых тканей, полиэфирных нитей. Материал фрикционного слоя -- полиамид или каучук.

Такие ремни изготовляют бесконечными и используют, как правило, при скорости более 30 м/с. При меньших скоростях могут использоваться конечные прорезиненные или бесконечные кордшнуровые и кордтканевые ремни. Прорезиненные ремни состоят из тканевого каркаса, имеющего от трех до шести слоев и наружных резиновых обкладок. Кордшнуровые ремни состоят из несущего слоя, содержащего один ряд синтетического кордшнура, связующей резины и тканевых обкладок. Кордтканевые ремни имеют несущий слой из двух слоев обрезиненной вискозной ткани.

Клиновые ремни (рис.2,б). Имеют трапециевидное сечение с боковыми рабочими сторонами, соприкасающимися с канавками на шкивах. Благодаря клиновому действию ремни этого типа обладают повышенным сцеплением со шкивами. Рассмотрим элементарный участок ремня. Для этого участка силу натяжения можно приближенно принять постоянной. Из рис. 14.3 следует, что сила dFn, нормальная к поверхности канавки шкива, значительно больше силы натяжения dF:

тогда сила трения

Клиновые ремни при том же натяжении обеспечивают примерно втрое большую силу трения по сравнению с плоскими. Из-за большой высоты сечения в клиновых ремнях возникают значительные напряжения при изгибе ремня на шкивах. Эти напряжения являются переменными и вызывают усталостное разрушение ремня.

Рис.3. Силы, действующие на участок клинового ремня

Клиновые ремни выпускаются трех типов: нормального сечения, узкие и широкие (для вариаторов) и различных по площади сечений. Узкие ремни допускают большее натяжение и более высокие скорости (до 40 м/с), передают в 1,5-2 раза большую мощность по сравнению с ремнями нормального сечения. В настоящее время применение узких ремней становятся преобладающим. Ремни выпускают различными по площади поперечного сечения и используют по нескольку в одном комплекте. Это позволяет уменьшить диаметральные размеры передачи. Число ремней в комплекте обычно от двух до восьми и ограничивается неравномерностью распределения передаваемой нагрузки между ремнями.

Поликлиновые ремни (рис.2,в). Представляют собой бесконечные плоские ремни с продольными клиновыми ребрами на внутренней поверхности. Эти ремни сочетают гибкость плоских ремней и повышенное сцепление со шкивами, характерное для клиновых ремней.

Клиновые и поликлиновые ремни выпускаются прорезиненными с несущим слоем из синтетических шнуров. Для шнуров корда применяют полиамидные и полиэфирные волокна, для передач с особо высокой нагрузкой -- кевлар. Ремни с кордом из кевлара имеют высокую прочность, практически не вытягиваются (модуль упругости при растяжении Е = 2500 МПа в отличие от Е = 300...600 МПа для корда из других волокон). Выпускаются также кордтканевые клиновые ремни с несколькими слоями ткани, они имеют меньший модуль упругости и лучше работают при ударной нагрузке.

Многопрофильные ремни - состоят из двух-четырех клиновых, соединенных между собой тканевым слоем, и применяются вместо комплектов клиновых ремней.

Круглые ремни (рис.2,г). Выполняют из резины диаметром от 3 до 12 мм, используются для передачи небольших мощностей в приборах и бытовой технике.

Ремни квадратного сечения (рис.2,д) применяют для передачи небольших мощностей в приборах.

Плоскоременная передача бывает открытая (рис. 4,в), направление вращения ведомого вала при которой совпадает с направлением вращения ведущего вала, и перекрестная (рис. 4,г), изменяющая направление вращения ведомого вала на обратное. На продольно-строгальных станках некоторых типов применяют два вида ременной передачи -- открытую и перекрестную ременные передачи.

Рис. 4. Схемы ременной передачи:

а -- плоским ремнем, б -- клиновым ремнем, в -- открытая, г -- перекрестная.

4. Основные геометрические соотношения

При проектировании ременных передач определяют (рис. 5): угол между ветвями ремня, угол охвата ремнем малого шкива, длину ремня L и при использовании бесконечных ремней -- межосевое расстояние - а. Расчетные диаметры шкивов и длины ремней I определяют по нейтральному слою поперечного сечения ремня.

Рис. 5. Геометрические параметры ременной передачи

Угол между ветвями ремня находят из треугольника О₁АО₂:

, где .

Тогда угол между ветвями ремня в радианах:

,

а шкива в градусах:

Минимальный угол охвата должен быть для плоскоременной передачи -- 150°, для клиноременной -- 120°.

Длина ремня (без учета его деформации на шкивах) определяется как сумма длин прямолинейных участков и длин дуг охвата ремнем малого и большого шкивов:

или .

Для бесконечных ремней следует уточнить предварительно заданное межосевое расстояние, определяя его как больший корень квадратного уравнения:

.

5. Взаимодействие ремня со шкивами, критерии расчета ременных передач

Передача работает с неизбежным упругим скольжением ремня по шкивам, так как силы натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня при передаче полезной нагрузки различны (рис.6). Тогда, согласно закону Гука, различаются и относительные удлинения ветвей и . Натяжение ремня по ведущему шкиву падает, ремень укорачивается и проскальзывает по шкиву. На ведомом шкиве ремень удлиняется и вновь проскальзывает. Скольжение происходит не по всей дуге охвата а, а на ее части b, называемой дугой скольжения. Сила трения между ремнем и шкивами действует, в основном, на дугах скольжения.



Рис. 6. Скольжение в ременной передаче

Со стороны набегания ремня находится дуга сцепления, на которой ремень движется совместно со шкивом, без проскальзывания. Окружная скорость каждого шкива равна скорости набегающей ветви ремня. По мере роста нагрузки на передачу дуга скольжения растет, когда она достигает всей дуги охвата, начинается буксование передачи.

Рассмотрим поведение участка ремня единичной длины на ведущей ветви. В момент входа участка ремня в контакт со шкивом он испытывает относительное удлинение под действием силы натяжения . В момент схода со шкива участок ремня испытывает относительное удлинение под действием силы натяжения . Таким образом, во время движения вместе со шкивом длина участка ремня уменьшается и ремень проскальзывает относительно шкива. Это явление проскальзывания ремня на шкиве из-за различной упругой деформации в ведущей и ведомой ветвях называют упругим скольжением.

Упругое скольжение ремня равно разности относительных удлинений ветвей ремня:

.

Выразив и в соответствии с законом Гука для участка ремня единичной длины через силы и , площадь сечения А и модуль упругости Е ремня, получаем

.

Основные критерии расчета ременной передачи:

1) тяговая способность или сцепление ремня со шкивом;

2) долговечность ремня.

Если нарушается первое условие, возникает буксование передачи, если не выдержано второе условие, требуется частая замена ремней. Для проведения расчета передачи необходимо определить силы и напряжения в ремне.

6. Кинематика ременных передач

Окружные скорости ( м/с ) на шкивах:

и ,

где d1 и d2 - диаметры ведущего и ведомого шкивов, мм;

n1 и n2 - частоты вращения шкивов, мин^-1 .

Окружная скорость на ведомом шкиве v2 меньше скорости на ведущем v1 вследствие скольжения:

Передаточное отношение:

Обычно упругое скольжение находится в пределах 0,01…0,02 и растет с увеличением нагрузки.

7. Силы и напряжения в ремне

Окружная сила на шкивах (Н):

,

где T1 - вращающий момент, Н м, на ведущем шкиве диаметром d1, мм; P1 - мощность на ведущем шкиве, кВт.

С другой стороны, Ft = F1 - F2, где F1 и F2 - силы натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня под нагрузкой. Сумма натяжений ветвей при передаче полезной нагрузки не меняется по сравнению с начальной: F1 + F2 = 2F0. Решая систему двух уравнений, получаем:

F1 = F0 + Ft/2, F2 = F0 - Ft/2.

Сила начального натяжения ремня F0 должна обеспечивать передачу полезной нагрузки за счет сил трения между ремнем и шкивом. При этом натяжение должно сохраняться долгое время при удовлетворительной долговечности ремня. С ростом силы несущая способность ременной передачи возрастает, однако срок службы уменьшается.

Соотношение сил натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня без учета центробежных сил определяют по уравнению Эйлера, выведенному им для нерастяжимой нити, скользящей по цилиндру.

Рис. 7.

,

где e - основание натурального логарифма, b - угол, на котором происходит упругое скольжение, при номинальной нагрузке ; f -коэффициент трения ремня по шкиву.

Полученная зависимость показывает, что отношение F1/F2 сильно зависит от коэффициента трения ремня на шкиве и угла . Но эти величины являются случайными, в условиях эксплуатации могут принимать весьма различные значения из числа возможных, поэтому силы натяжения ветвей в особых случаях уточняют экспериментально.

Обозначая и учитывая, что , имеем

и .

Ремни обычно неоднородны по сечению. Условно их рассчитывают по номинальным (средним) напряжениям, относя силы ко всей площади поперечного сечения ремня и принимая справедливым закон Гука.

Нормальное напряжение от окружной силы Ft:

,

где A - площадь сечения ремня, мм2.

Нормальное напряжение от предварительного натяжения ремня:

Нормальные напряжения в ведущей и ведомой ветвях:

и .

Центробежная сила вызывает нормальные напряжения в ремне, как во вращающемся кольце:

,

где Sц - нормальные напряжения от центробежной силы в ремне, МПа; v1 - скорость ремня, м/с; - плотность материала ремня, кг/м3.

При изгибе ремня на шкиве диаметром d относительное удлинение наружных волокон ремня как изогнутого бруса равно 2y/d, где y - расстояние от нейтральной линии в нормальном сечении ремня до наиболее удаленных от него растянутых волокон. Обычно толщина ремня . Наибольшие напряжения изгиба возникают на малом шкиве и равны:

.

Максимальные суммарные напряжения возникают на дуге сцепления ремня с малым (ведущим) шкивом:



Рис. 8

Эти напряжения (рис.8) используют в расчетах ремня на долговечность, так как при работе передачи в ремне возникают значительные циклические напряжения изгиба и в меньшей мере циклические напряжения растяжения из-за разности натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня.

8. Силы, действующие на валы передачи

Если ветви ремней параллельны, сила на валы. В общем случае, если ветви ремня не параллельны, силу на вал определяют из треугольника ОАВ (рис. 10):

Рис. 10

В передачах без регулирования натяжения его обычно устанавливают без точного контроля, с запасом, поэтому силу FS рекомендуют увеличивать в 1,5 раза.

9. Расчет ременной передачи по тяговой способности, КПД передачи

Тяговая способность повышается с увеличением угла охвата коэффициента трения f ремня на шкиве, силы начального натяжения , уменьшается с ростом скорости ремня v1 из-за действия центробежных сил, отрывающих ремень от шкива. Однако с ростом силы нагрузка на валы возрастает, а долговечность ремня уменьшается. Это ограничивает предельное значение силы .

Расчет на тяговую способность основан на использовании кривых скольжения (рис.9), которые строят в координатах коэффициент тяги - относительное скольжение. Коэффициент тяги

Рис. 9

характеризует уровень нагруженности передачи вращающим моментом и не зависит от ее размеров. Отсюда можно определить напряжения в ремне от окружной силы:

.

Относительное скольжение:

Кривые скольжения получают экспериментально: при постоянных F0 и v1 постепенно повышают полезную нагрузку - окружную силу на шкивах Ft и измеряют относительное скольжение. Испытания ременных передач проводят при типовых условиях: v1=10 м/с, a 1=180. До некоторого критического значения коэффициента тяги j k кривая скольжения имеет прямолинейный характер, т.к. скольжение вызывается упругими деформациями ремня, которые пропорциональны коэффициенту тяги.

При дальнейшем росте нагрузки, кроме упругого скольжения, возникает дополнительное проскальзывание, и суммарное скольжение возрастает быстрее, чем нагрузка. Затем кривая скольжения резко поднимается вверх и при предельном значении коэффициента тяги j max наступает полное буксование (т.е. шкив вращается при неподвижном ремне. При этом величина угла достигает значения угла охвата .

При работе передачи возникают потери: на упругий гистерезис; на скольжение ремня по шкивам в окружном направлении; на преодоление аэродинамических сопротивлений; на трение в подшипниках. В клиноременной передаче из-за значительной высоты профиля добавляются потери на радиальное скольжение и на поперечное сжатие ремня в канавке. Наибольшая доля потерь приходится на гистерезис при изгибе, особенно для клиноременных передач. Потери при изгибе и аэродинамические не зависят от нагрузки на передачу, поэтому КПД передачи при малых нагрузках низок. КПД достигает максимума при критическом коэффициенте тяги j k (рис. 9), затем начинает падать в связи с потерями на буксование. Кривую изменения КПД получают экспериментально.

Кривые скольжения и КПД показывают, что оптимальная нагрузка ременной передачи лежит в зоне критического коэффициента тяги, где наибольший КПД. При меньших нагрузках передача недоиспользуется. Переход за критическое значение коэффициента тяги допустимо только при кратковременных перегрузках. Работа в этой области связана с повышенным износом ремня, потерями энергии в передаче и снижением скорости на ведомом шкиве. Средние значения , полученные из испытаний при типовых режимах, для клиновых ремней ~ 0,7, для плоских синтетических ~ 0,5, для прорезиненных ~ 0,6. Оптимальные значения окружной силы и передаваемой мощности:

;

.

10. Расчет долговечности ремня

Ремень испытывает переменные циклические напряжения (рис. 8), приводящие к усталостным повреждениям ремня и выходу его из строя. Кривые усталости Велера для ремней приближенно имеют вид

, где m и C - постоянные, определяемые экспериментально; s max - максимальные нормальные напряжения в ремне; NE - эквивалентное число циклов нагружения за срок службы ремня.

.

Здесь zш -число шкивов в передаче; Lh - ресурс ремня, ч.; x i - коэффициент, учитывающий разную деформацию изгиба ремня на меньшем и большем шкивах; L - длина ремня, м. При передаточном отношении , с увеличением передаточного отношения влияние изгиба на большем шкиве уменьшается, а увеличивается, приближаясь к значению zш. Расчет ремней на долговечность требует накопления экспериментальных данных о параметрах кривых усталости, в связи с чем в настоящее время этот расчет пока применяют не для всех типов передач.

11. Расчет плоскоременных передач

Расчет проводится по тяговой способности с использованием кривых скольжения. Долговечность ремня учитывают при выборе диаметра меньшего шкива, межосевого расстояния и допускаемой удельной окружной силы [p] на единичной ширине ремня.

Номинальная окружная сила p0, передаваемая единицей ширины ремня, зависит от материала ремня и определяется по таблицам . Допускаемая удельная окружная сила

Здесь - коэффициенты, учитывающие отличие условий работы передачи от базовых. Коэффициент влияния угла охвата ремнем малого шкива Ca уменьшается с уменьшением a 1, коэффициент влияния центробежных сил уменьшается с ростом v1. Режим работы и сменность работы передачи учитывают коэффициентом . Ширина ремня, мм:

.

12. Расчет клиновых и поликлиновых передач

Современными стандартами предусматривается сравнительно небольшое число сечений клиновых и поликлиновых ремней. Так имеется (в порядке возрастания их размеров) шесть нормальных сечений ( Z, A, B, C, D, E ) и четыре узких сечения ( SPZ, SPA, SPB, SPC ) клиновых ремней, три сечения ( К, Л, М ) поликлиновых ремней. Для этих сечений ремней накоплен достаточный объем данных о параметрах кривых усталости. Поэтому расчет базируется одновременно на тяговой способности, выраженной величиной q и долговечности ремня, определяемой кривой усталости. Зависимость для допускаемого напряжения от окружной силы:

.

В целях унификации расчетов ИСО принято на основании результатов испытаний (), , ресурс ремня ч. Параметр C определяют и приводят в каталогах производители ремней в соответствии с качеством их ремней. Тогда для типовой горизонтальной передачи с двумя шкивами и передаточным отношением определяют исходное полезное напряжение . Допускаемые полезные напряжения для клиноременных передач при заданных условиях работы

,

где коэффициенты Ca и Cp учитывают те же факторы, что и для плоскоременных передач. Число ремней

,

где Сz - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между ремнями.

ГОСТ 1284.3-80 предусматривает расчет, основанный на тех же предпосылках, но в форме определения передаваемой мощности.

Для поликлиновой передачи число ребер

Здесь A10 - площадь сечения ремня с 10 ребрами.

13. Зубчатоременная передача

Зубчатые ремни выполняют бесконечными плоскими с выступами на внутренней поверхности, которые входят в зацепление с зубьями на шкивах. (рис.11).



Рис. 11

Достоинства передач: относительно малые габариты, постоянство передаточного числа, высокий КПД, малые силы, действующие на валы. Их применяют при высоких скоростях (до 50 м/с), передаточных числах до 12, мощностях до 100 кВт. Недостаток передачи - незащищенность привода от перегрузок за счет проскальзывания ремня. Ремни изготовляют двух видов: литьевые (длиной до 800 мм) или сборочные - из армированного металлотросом или стеклокордом неопрена или полиуретана. Зубья ремня выполняют с трапецеидальным или полукруглым профилем (рис. 12). Полукруглый профиль обеспечивает более равномерное распределение напряжений в ремне, возможность повышения нагрузок на 40%, более плавный вход зубьев в зацепление.

Рис. 12

Основной геометрический параметр передачи - модуль , где - шаг ремня. Для ремней с трапецеидальным зубом нормализованы модули в диапазоне от 1до 10 мм, ремни с полукруглыми зубьями выпускают с модулем 3, 4 и 5 мм.

Число зубьев меньшего шкива принимают от 10 до 26 в зависимости от частоты вращения шкива и модуля. Число зубьев большего шкива

, где передаточное число .

Число зубьев ремня

Полученное значение округляют до ближайшего нормализованного и определяют окончательное значение длины ремня

Основной критерий расчета передачи - усталостная прочность зубьев ремня. Из этого условия определяют модуль

где P1 - мощность на ведущем шкиве, кВт; частота вращения ведущего шкива, мин-1;

Cр - коэффициент режима работы;

- коэффициент, учитывающий профиль ремня, для ремней с трапецеидальной формой зубьев, - для ремней с полукруглой формой зубьев. Коэффициент Cр зависит от внешней динамики, определяемой механизмом в целом, его принимают в диапазоне 1,3 - 2,4 (большие значения для оборудования, работающего с ударами и имеющего приводные двигатели с большими кратковременными перегрузками).

Полученное значение модуля округляют до нормализованного. Ширина ремня, мм:

Здесь

 - расчетная сила, передаваемая ремнем, Н;

- скорость ремня, м/с;

- число зубьев ремня, находящихся в зацеплении с малым шкивом;

a1 - угол охвата ремнем малого шкива, град;

h - высота зуба ремня, мм;

C_H - коэффициент, учитывающий наличие натяжного или направляющего ролика;

-коэффициент Размещено на http://www.allbest.ru/

неравномрности распределения окружной силы между зубьями из-за ошибок изготовления по шагу, обычно ;

[PРазмещено на http://www.allbest.ru/

] - допустимое среднее давление (МПа) на зубьях ремня.

Список использованной литературы

1. Семеноженков В. С., Платонов А. А., Мицкевич В. Г. Детали машин и основы конструирования. Расчёт ремённых передач. Расчёт цепных передач: методические указания к выполнению курсового проекта.// Издательство: РГОТУПС, 2005. - 63 стр.

2. Светлицкий В, А., Передачи с гибкой связью, М., 1967;

3. Пронин Б. А., Клнноременные и фрикционные передачи и вариаторы, М., 1960;

4. Детали машин. Расчет и конструирование, под ред. Н, С. Ачеркана, 3 изд., т. 3, М., 1969;

5. Андреев А. В., Передача трением, М., 1963.

Размещено на Allbest.ru